專利名稱：一種直流-直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流-直流變換器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的升壓電路只適用于輸出電壓高于輸入電壓的場合，而傳統(tǒng)的降壓電路只適 用于輸出電壓低于輸入電壓的場合，因而，對于需要輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓 的場合，傳統(tǒng)的升壓電路和降壓電路皆無法適用。為此，人們設(shè)計(jì)出了升降壓電路(Buck/Boost)。最初的升降壓電路雖然實(shí)現(xiàn)了輸 出電壓相對于輸入電壓既可升也可降的功能，但是輸入電壓和輸出電壓是反極性的，這樣 的升降壓電路不利于在電動汽車中應(yīng)用。對此，人們提出了一種如圖1所示的雙向升降壓直流-直流變換器，其輸出電壓是 正極性的。但是，這種雙向升降壓直流-直流變換器的輸入電流和輸出電流的脈動很大，當(dāng) 應(yīng)用于蓄電池時(shí)，電流的脈動會影響電池的安全性和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種直流-直流變換器，其可 以降低輸入電流和輸出電流的脈動。按照本發(fā)明實(shí)施例的一種直流_直流變換器，包括主電路和控制模塊，其中，所述 主電路包括第一電容；第一、第二、第三和第四各自并聯(lián)有反向二極管的開關(guān)管，其中，所 述第一和第三開關(guān)管形成的串聯(lián)電路與所述第一電容并聯(lián)，以及所述第二和第四開關(guān)管形 成的串聯(lián)電路與所述第一電容并聯(lián)；第一和第二電感，其中，所述第一電感的其中一端連接 到第一直流電源，所述第一電感的另一端連接到位于所述第一和第三開關(guān)管所形成的所述 串聯(lián)電路上的在所述第一和第三開關(guān)管之間的點(diǎn)，所述第二電感的其中一端連接到第二直 流電源，以及所述第二電感的另一端連接到位于所述第二和第四開關(guān)管所形成的所述串聯(lián) 電路上的在所述第二和第四開關(guān)管之間的點(diǎn)，以及，所述控制模塊用于根據(jù)表示在所述直 流-直流變換器中電能的流動方向的方向控制信號以及所述第一直流電源和所述第二直 流電源的電壓檢測信號，控制所述第一、第二、第三和第四開關(guān)管的工作狀態(tài)。


本發(fā)明的特點(diǎn)、特征和優(yōu)點(diǎn)通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將變得更加顯而易見。 其中圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)的雙向升降壓直流_直流變換器的示意圖；圖2是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直流_直流變換器的架構(gòu)示意圖；圖3是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用硬件實(shí)現(xiàn)的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在工作模態(tài)為正向/U1 > U2的情況下直流_直流變換器的工作過程的示意圖；圖6是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在工作模態(tài)為正向/U1 < U2的情況下直 流-直流變換器的工作過程的示意圖；圖7是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在工作模態(tài)為反向/U1 > U2的情況下直 流-直流變換器的工作過程的示意圖；以及圖8是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在工作模態(tài)為反向/U1 < U2的情況下直 流_直流變換器的工作過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。圖2是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直流_直流變換器的架構(gòu)示意圖。如圖2所 示，直流-直流變換器100包括主電路110和控制模塊120。主電路110包括四個(gè)各自并聯(lián)有反向二極管的開關(guān)管S1-S4、三個(gè)電容Ctl-C2、以及 兩個(gè)電感L1-Ly其中，開關(guān)管S” S2, S3和S4分別并聯(lián)有反向二極管D1, D2, D3和D40開關(guān)管S1和 S3串聯(lián)，開關(guān)管S1和S3串聯(lián)所形成的串聯(lián)電路與電容Ctl并聯(lián)。開關(guān)管S2和S4串聯(lián)，開關(guān) 管S2和S4串聯(lián)所形成的串聯(lián)電路與電容Ctl并聯(lián)。在圖2中，開關(guān)管S1-S4是絕緣門極晶體 管，然而，本發(fā)明不僅局限于開關(guān)管31-、是絕緣門極晶體管，事實(shí)上，開關(guān)管51-、也可以是 功率場效應(yīng)晶體管、功率雙極型晶體管或者其它類型的可控開關(guān)器件。電感L1的一端連接到位于開關(guān)管S1和S3所形成的串聯(lián)電路上的在開關(guān)管S1和S3 之間的點(diǎn)，而電感L1的另一端與直流電源U1連接。電感L2的一端連接到位于開關(guān)管S2和S4所形成的串聯(lián)電路上的在開關(guān)管S2和S4 之間的點(diǎn)，而電感L2的另一端與直流電源U2連接。電容C1與直流電源U1并聯(lián)連接，以及電容C2與直流電源U2并聯(lián)連接?？刂颇K120用于根據(jù)方向控制信號以及直流電源U1和U2的電壓檢測信號，或 者，根據(jù)方向控制信號、直流電源U1和U2的電壓檢測信號以及電感L1或電感L2的電流檢測 信號，控制開關(guān)管S1-S4的工作狀態(tài)(處于導(dǎo)通狀態(tài)或處于關(guān)斷狀態(tài))。在這里，該方向控 制信號表示在直流-直流變換器100中電能的流動方向，其中把電能從直流電源U1流向直 流電源U2的流動方向稱為正向以及把電能從直流電源U2流向直流電源U1的流動方向稱為 反向。圖3是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，控制 模塊120包括脈寬調(diào)制(PWM :pulse width modulation)信號發(fā)生單元1202、模態(tài)選擇單 元1204和驅(qū)動單元1206。脈寬調(diào)制發(fā)生單元1202用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。脈寬調(diào)制發(fā)生單元1202既可以 把直流電源U1或U2的電壓檢測信號作為控制量來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，也可以把直流電源U1 或U2的電壓檢測信號以及電感L1或L2的電流檢測信號作為控制量來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。當(dāng)把直流電源U1或1!2的電壓檢測信號作為控制量來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號時(shí)，脈寬調(diào) 制發(fā)生單元1202可以使用例如現(xiàn)有的基于電壓單環(huán)比例積分微分(PID)控制的脈寬調(diào)制 方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。
當(dāng)把直流電源U1或U2的電壓檢測信號以及電感L1或L2的電流檢測信號作為控制 量來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號時(shí)，脈寬調(diào)制發(fā)生單元1202可以使用例如現(xiàn)有的基于電壓電流雙 環(huán)控制的脈寬調(diào)制方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。模態(tài)選擇單元1204用于接收方向控制信號、直流電源U1的電壓檢測信號和直流 電源U2的電壓檢測信號，比較所接收的直流電源U1和U2的電壓檢測信號的大小關(guān)系，以及 根據(jù)所接收的方向控制信號和比較結(jié)果來選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)。具體地，當(dāng)所接收的方向控制信號表示正向以及比較結(jié)果表明直流電源U1的電壓 檢測信號大于直流電源U2的電壓檢測信號時(shí)，選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為正 向且直流電源的U1電壓大于直流電源U2的電壓(正向/U1 > U2)。當(dāng)所接收的方向控制信號表示正向以及比較結(jié)果表明直流電源U1的電壓檢測信 號小于直流電源U2的電壓檢測信號時(shí)，選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為正向且直 流電源的U1電壓小于直流電源U2的電壓(正向/U1 < U2)。當(dāng)所接收的方向控制信號表示反向以及比較結(jié)果表明直流電源U1的電壓檢測信 號大于直流電源U2的電壓檢測信號時(shí)，選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為反向且直 流電源的U1電壓大于直流電源U2的電壓(反向/U1 > U2)。當(dāng)所接收的方向控制信號表示反向以及比較結(jié)果表明直流電源U1的電壓檢測信 號小于直流電源U2的電壓檢測信號時(shí)，選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為反向且直 流電源的U1電壓小于直流電源U2的電壓(反向/U1 < U2)。驅(qū)動單元1206用于根據(jù)模態(tài)選擇單元1204所選擇的工作模態(tài)和脈寬調(diào)制信號發(fā) 生單元1202所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號，向主電路110中的各個(gè)開關(guān)管S1-S4分別輸出相應(yīng)的 驅(qū)動信號，以驅(qū)動開關(guān)管S1-S4處于導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)。具體地，當(dāng)模態(tài)選擇單元1204所選擇的工作模態(tài)為正向/U1 > U2時(shí)，驅(qū)動單元 1206向開關(guān)管SpS3和S4分別輸出表示關(guān)斷的驅(qū)動信號以驅(qū)動開關(guān)管SpS3和S4處于關(guān)斷 狀態(tài)，以及將脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元1202所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為表示交替地導(dǎo)通和 關(guān)斷的驅(qū)動信號輸出給開關(guān)管S2,以驅(qū)動開關(guān)管S2交替地處于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)模態(tài)選擇單元1204所選擇的工作模態(tài)為正向/U1 < U2時(shí)，驅(qū)動單元1206向開 關(guān)管S1和S4分別輸出表示關(guān)斷的驅(qū)動信號以驅(qū)動開關(guān)管S1和S4處于關(guān)斷狀態(tài)，向開關(guān)管 S2輸出表示導(dǎo)通的驅(qū)動信號以驅(qū)動開關(guān)管S2處于導(dǎo)通狀態(tài)，以及將脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元 1202所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為表示交替地導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動信號輸出給開關(guān)管S3,以驅(qū) 動開關(guān)管S3交替地處于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)模態(tài)選擇單元1204所選擇的工作模態(tài)為反向/U1 > U2時(shí)，驅(qū)動單元1206向開 關(guān)管S2和S3分別輸出表示關(guān)斷的驅(qū)動信號以驅(qū)動開關(guān)管S2和S3處于關(guān)斷狀態(tài)，向開關(guān)管 S1輸出表示導(dǎo)通的驅(qū)動信號以驅(qū)動開關(guān)管S1處于導(dǎo)通狀態(tài)，以及將脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元 1202所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為表示交替地導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動信號輸出給開關(guān)管S4,以驅(qū) 動開關(guān)管S4交替地處于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)模態(tài)選擇單元1204所選擇的工作模態(tài)為反向/U1 < U2時(shí)，驅(qū)動單元1206向開 關(guān)管S2、S3和S4分別輸出表示關(guān)斷的驅(qū)動信號以驅(qū)動開關(guān)管S2、S3和S4處于關(guān)斷狀態(tài)，以 及把脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元1202所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為表示交替地導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū) 動信號輸出給開關(guān)管S1,以驅(qū)動開關(guān)管S1交替地處于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。
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本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，控制模塊120可以利用軟件、硬件或者軟硬件相結(jié)合 的方式來實(shí)現(xiàn)。圖4是示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用硬件實(shí)現(xiàn)的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖4所示，控制模塊120包括采樣部分2010、脈寬控制部分2020、模態(tài)選擇部分2030以及 邏輯控制和驅(qū)動部分2040。在這里采樣部分2010和脈寬控制部分2020形成脈寬調(diào)制信號 發(fā)生單元1202，模態(tài)選擇部分2030對應(yīng)于模態(tài)選擇單元1204，以及，邏輯控制和驅(qū)動部分 2040對應(yīng)于驅(qū)動單元1206。在本實(shí)施例中，脈寬控制部分2020把直流電源U1或U2的電壓 檢測信號以及電感L1或L2的電流檢測信號作為控制量，使用基于電壓電流雙環(huán)(電壓內(nèi)環(huán) 電流外環(huán))控制的脈寬調(diào)制方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。采樣部分2010包括采樣控制器5，其具有四個(gè)輸入端，用于獲取電感L1的電流檢 測信號A、直流電源U1的電壓檢測信號B、直流電源U2的電壓檢測信號C和電感L2的電流檢 測信號D，以及兩個(gè)輸出端P1和P2。輸出端Pl用于輸出電壓檢測信號B或C，輸出端P2 用于輸出電流檢測信號A或D。 脈寬控制部分2020包括第一減法器6、第一 PID控制器7、限制控制器8、第二減法 器9、第二 PID控制10和脈寬調(diào)制器11。第一減法器6用于計(jì)算來自采樣控制器5的輸出端Pl的信號與參考電壓E的差 值。第一減法器6具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，第一減法器6的其中一個(gè)輸入端連 接采樣控制器5的輸出端P1，另一輸入端接收參考電壓E，以及其輸出端輸出所計(jì)算的差值。第一 PID控制器7用于對第一減法器6輸出的差值進(jìn)行PID控制。第一 PID控制 器7具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，第一 PID控制器7的輸入端連接到第一減法器6 的輸出端。限制控制器8用于限制第一 PID控制器7輸出的值在預(yù)定范圍內(nèi)。限制控制器8 具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，限制控制器8的輸入端連接到第一 PID控制器7。第二減法器9用于計(jì)算來自限制控制器8的輸出端的值與來自采樣控制器5的輸 出端P2的信號的差值。第二減法器9具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，第二減法器9 的其中一個(gè)輸入端連接限制控制器8的輸出端，第二減法器9的另一輸入端連接采樣控制 器5的輸出端P2。第二 PID控制器10用于對第二減法器9輸出的差值進(jìn)行PID控制。第二 PID控 制器10具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。其中，第二控制器10的輸入端連接到第二減法器 9的輸出端。脈寬調(diào)制器11用于利用第二 PID控制器10所輸出的信號來產(chǎn)生脈沖調(diào)制信號。 脈寬調(diào)制器11具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。其中，脈寬調(diào)制器11的輸入端連接到第二 PID控制器10的輸出端，脈寬調(diào)制器11通過其輸出端把其所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號輸出給驅(qū) 動部分2040 (驅(qū)動單元1206)。其中，脈寬調(diào)制器11例如可以采用脈寬調(diào)制(PWM)控制芯片UC3525實(shí)現(xiàn)，第一減 法器6、第一 PID控制器7、限制控制器8、第二減法器9和第二控制器10例如既可以采用相 應(yīng)的運(yùn)算放大器構(gòu)成的常用電路實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字信號處理器(DSP)或單片機(jī)(MCU) 實(shí)現(xiàn)。
模態(tài)選擇部分2030包括電壓比較器12和模態(tài)邏輯控制電路13。電壓比較器12具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。其中，電壓比較器12的兩個(gè)輸入 端分別接收直流電源U1的電壓檢測信號B和直流電源U2的電壓檢測信號C。電壓比較器 12比較所接收的電壓檢測信號B和C的大小關(guān)系，并通過其輸出端輸出比較結(jié)果，其中，該 比較結(jié)果是B大于C或者B小于C。 模態(tài)邏輯控制電路13具有兩個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端。其中，模態(tài)邏輯控制電路13 的其中一個(gè)輸入端連接到電壓比較器12的輸出端，模態(tài)邏輯控制電路13的另一個(gè)輸入端 接收方向控制信號F。模態(tài)邏輯控制電路13根據(jù)所接收的方向控制信號F和來自電壓比較 器12的比較結(jié)果來選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)，并通過其四個(gè)輸出端輸出表示 所選擇的工作模態(tài)的工作模態(tài)信號。具體地，當(dāng)方向控制信號F表示正向以及來自電壓比 較器12的比較結(jié)果是B大于C時(shí)，模態(tài)邏輯控制電路13選擇直流-直流變換器100的工 作模態(tài)為正向Ai1 > U2,并通過其第一輸出端輸出表示正向/U1 > U2的工作模態(tài)信號；當(dāng)方 向控制信號F表示正向以及來自電壓比較器12的比較結(jié)果是B小于C時(shí)，模態(tài)邏輯控制電 路13選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為正向/U1 < U2,并通過其第二輸出端輸出表 示正向Ai1 < U2的工作模態(tài)信號；當(dāng)方向控制信號F表示反向以及來自電壓比較器12的比 較結(jié)果是B大于C時(shí)，模態(tài)邏輯控制電路13選擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為反向 /U1 > U2,并通過其第三輸出端輸出表示反向/U1 > U2的工作模態(tài)信號；以及，當(dāng)方向控制信 號F表示反向以及來自電壓比較器12的比較結(jié)果是B小于C時(shí)，模態(tài)邏輯控制電路13選 擇直流-直流變換器100的工作模態(tài)為反向/U1 < u2，并通過其第四輸出端輸出表示反向/ U1 < U2的工作模態(tài)信號。其中，電壓比較器12例如既可以采用相應(yīng)的運(yùn)算放大器構(gòu)成的常用電路實(shí)現(xiàn)，也 可以采用數(shù)字信號處理器(DSP)或單片機(jī)(MCU)實(shí)現(xiàn)。模態(tài)邏輯控制電路13例如可以采 用與門和非門等邏輯電路實(shí)現(xiàn)。邏輯控制和驅(qū)動部分2040實(shí)現(xiàn)為一個(gè)電路，在此稱作邏輯控制和驅(qū)動電路14，其 具有五個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端。其中，邏輯控制和驅(qū)動電路14的五個(gè)輸入端分別連接到模 態(tài)邏輯控制電路13的四個(gè)輸出端和脈寬調(diào)制器11的輸出端，邏輯控制和驅(qū)動電路14的四 個(gè)輸出端分別連接到主電路110的四個(gè)開關(guān)管S1-S4的門極。邏輯控制和驅(qū)動電路14根據(jù) 來自模態(tài)邏輯控制電路13的工作模態(tài)信號和來自脈寬調(diào)制器11的脈寬調(diào)制信號，向四個(gè) 開關(guān)管S1-S4分別輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號，以驅(qū)動開關(guān)管S1-S4處于導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)。邏輯控制和驅(qū)動電路13例如可以采用與門、非門等邏輯電路，以及開關(guān)管相應(yīng)的 門極驅(qū)動芯片實(shí)現(xiàn)。圖5-8是分別示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在不同工作模態(tài)下直流_直流變換器 的工作過程的示意圖。在圖5-8中，Ugsl Ugs4分別是控制模塊120輸出給開關(guān)管S1 S4 的門極的驅(qū)動信號，Utl是中間電容Ctl的電壓波形，1^、1^分別是電感1^、1^2兩端的電壓波 形，以及iL1、iL2分別是流過電感U、L2的電流波形。如圖5所示，當(dāng)直流-直流變換器的工作模態(tài)為正向/U1 > U2時(shí)，開關(guān)管Sp S3和 S4保持處于關(guān)斷狀態(tài)，反并二極管D1保持導(dǎo)通，開關(guān)管S2以一定占空比工作。開關(guān)管S2和 二極管D4在階段1和階段2交替導(dǎo)通，電容Ctl在階段1釋放能量，在階段2存儲能量。如圖6所示，當(dāng)直流-直流變換器的工作模態(tài)為正向/U1 < U2時(shí)，開關(guān)管S1和S4保持處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管S2保持處于導(dǎo)通，開關(guān)管S3以一定占空比工作。開關(guān)管S3和二 極管D1在階段1和階段2交替導(dǎo)通，電容Ctl在階段1釋放能量，在階段2存儲能量。如圖7所示，當(dāng)直流-直流變換器的工作模態(tài)為反向/U1 > U2時(shí)，開關(guān)管S2和S4 保持處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管S1保持處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管S4以一定占空比工作。開關(guān)管S4 和二極管D2在階段1和階段2交替導(dǎo)通，電容Ctl在階段1釋放能量，在階段2存儲能量。如圖8所示，當(dāng)直流-直流變換器的工作模態(tài)為反向/U1 < U2時(shí)，開關(guān)管S2、S3和 S4保持處于關(guān)斷狀態(tài)，反并二極管D2保持導(dǎo)通，開關(guān)管S1以一定占空比工作。開關(guān)管S1和 二極管D3在階段1和階段2交替導(dǎo)通，電容Ctl在階段1釋放能量，在階段2存儲能量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實(shí)施例中，脈寬控制部分2020使用 基于電壓內(nèi)環(huán)電流外環(huán)控制的脈寬調(diào)制方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，然而，本發(fā)明并不局限 于此。在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中，脈寬控制部分2020也可以使用基于電壓外環(huán)電流內(nèi) 環(huán)控制的脈寬調(diào)制方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。在這種情況下，采樣控制器5的輸出端Pl輸 出電感L1的電流檢測信號A或電感L2的電流檢測信號D，采樣控制器5的輸出端P2輸出 直流電源U1的電壓檢測信號B或直流電源U2的電壓檢測信號C，以及第一減法器6不接收 參考電壓E而是接收參考電流。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面描述的實(shí)施中，主電路110包括有與直流 電源U1并聯(lián)連接的電容C1和與直流電源U2并聯(lián)連接的電容C2。然而，本發(fā)明并不局限于 此。在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中，主電路110也可以不包括電容C1和電容C2。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可以在沒有偏離發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況 下做出各種變形和改變，這些變形和改變應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書來定義。
權(quán)利要求
1. 一種直流_直流變換器，包括主電路，其中，所述主電路包括第一電容；第一、第二、第三和第四各自并聯(lián)有反向二極管的開關(guān)管，其中，所述第一和第三開關(guān) 管形成的串聯(lián)電路與所述第一電容并聯(lián)，以及所述第二和第四開關(guān)管形成的串聯(lián)電路與所 述第一電容并聯(lián)；第一和第二電感，其中，所述第一電感的其中一端連接到第一直流電源，所述第一電感 的另一端連接到位于所述第一和第三開關(guān)管所形成的所述串聯(lián)電路上的在所述第一和第 三開關(guān)管之間的點(diǎn)，所述第二電感的其中一端連接到第二直流電源，以及所述第二電感的 另一端連接到位于所述第二和第四開關(guān)管所形成的所述串聯(lián)電路上的在所述第二和第四 開關(guān)管之間的點(diǎn)；以及控制模塊，用于根據(jù)表示在所述直流_直流變換器中電能的流動方向的方向控制信號 以及所述第一直流電源和所述第二直流電源的電壓檢測信號，控制所述第一、第二、第三和 第四開關(guān)管的工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流_直流變換器，其中，所述控制模塊進(jìn)一步包括脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元，用于把所述第一直流電源或所述第二直流電源的電壓檢測信 號作為控制量，采用相應(yīng)的脈寬調(diào)制方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號；模態(tài)選擇單元，用于根據(jù)所述第一直流電源和所述第二直流電源的電壓檢測信號之間 的大小關(guān)系以及所述方向控制信號，選擇所述直流-直流變換器的工作模態(tài)；以及驅(qū)動單元，用于根據(jù)所述選擇的工作模態(tài)和所述產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號，驅(qū)動所述第一、 第二、第三和第四開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的直流-直流變換器，其中，所述脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元進(jìn)一步用于把所述第一直流電源或所述第二直流電源的 電壓檢測信號以及所述第一電感或所述第二電感的電流檢測信號作為控制量，采用相應(yīng)的 脈寬調(diào)制方法來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。
4.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述模態(tài)選擇單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述第一直流電源的電壓檢測信號大于所述第二直 流電源的電壓檢測信號以及所述方向控制信號表示在所述直流-直流變換器中電能從所 述第一直流電源流向所述第二直流電源，選擇所述直流-直流變換器的工作模態(tài)為正向且 所述第一直流電源的電壓大于所述第二直流電源的電壓。
5.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述模態(tài)選擇單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述第一直流電源的電壓檢測信號小于所述第二直 流電源的電壓檢測信號以及所述方向控制信號表示在所述直流-直流變換器中電能從所 述第一直流電源流向所述第二直流電源，選擇所述直流-直流變換器的工作模態(tài)為正向且 所述第一直流電源的電壓小于所述第二直流電源的電壓。
6.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述模態(tài)選擇單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述第一直流電源的電壓檢測信號大于所述第二直 流電源的電壓檢測信號以及所述方向控制信號表示在所述直流-直流變換器中電能從所 述第二直流電源流向所述第一直流電源，選擇所述直流-直流變換器的工作模態(tài)為反向且所述第一直流電源的電壓大于所述第二直流電源的電壓。
7.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述模態(tài)選擇單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述第一直流電源的電壓檢測信號小于所述第二直 流電源的電壓檢測信號以及所述方向控制信號表示在所述直流-直流變換器中電能從所 述第二直流電源流向所述第一直流電源，選擇所述直流-直流變換器的工作模態(tài)為反向且 所述第一直流電源的電壓小于所述第二直流電源的電壓。
8.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述驅(qū)動單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述選擇的工作模態(tài)為正向且所述第一直流電源的電壓 大于所述第二直流電源的電壓時(shí)，驅(qū)動所述第一、第三和第四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，以及利 用所述產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號驅(qū)動所述第二開關(guān)管交替地處于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述驅(qū)動單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述選擇的工作模態(tài)為正向且所述第一直流電源的電壓 小于所述第二直流電源的電壓時(shí)，驅(qū)動所述第一和第四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，驅(qū)動所述第 二開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，以及利用所述產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號驅(qū)動所述第三開關(guān)管交替地處 于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述驅(qū)動單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述選擇的工作模態(tài)為反向且所述第一直流電源的電壓 大于所述第二直流電源的電壓時(shí)，驅(qū)動所述第二和第三開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，驅(qū)動所述第 一開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，以及利用所述產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號驅(qū)動所述第四開關(guān)管交替地處 于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述驅(qū)動單元進(jìn)一步用于當(dāng)所述選擇的工作模態(tài)為反向且所述第一直流電源的電壓 小于所述第二直流電源的電壓時(shí)，驅(qū)動所述第二、第三和第四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，以及利 用所述產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號驅(qū)動所述第一開關(guān)管交替地處于導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求3所述的直流-直流變換器，其中，所述脈寬調(diào)制信號發(fā)生單元進(jìn)一步 包括采樣控制器，具有四個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，其中，所述采樣控制器的四個(gè)輸入端分別 接收所述第一和第二電感的電流檢測信號以及所述第一和第二直流電源的電壓檢測信號， 以及所述采樣控制器的兩個(gè)輸出端分別輸出所述第一電感或所述第二電感的電流檢測信 號以及所述第一直流電源或所述第二直流電源的電壓檢測信號；第一減法器，具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，所述第一減法器的其中一個(gè)輸入端 連接到所述采樣控制器的所述兩個(gè)輸出端的其中一個(gè)輸出端，所述第一減法器的另一個(gè)輸 入端接收參考電壓或參考電流；第一比例積分微分控制器，具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，所述第一比例積分微 分控制器的輸入端連接到所述第一減法器的輸出端；限制控制器，具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，所述限制控制器的輸入端連接到所 述第一比例積分微分控制器的輸出端；第二減法器，具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，所述第二減法器的其中一個(gè)輸入端 連接到所述采樣控制器的所述兩個(gè)輸出端的另一輸出端，所述第二減法器的另一個(gè)輸入端連接到所述限制控制器的輸出端；第二比例積分微分控制器，具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，所述第二比例積分微 分控制器的輸入端連接到所述第二減法器的輸出端；以及脈寬調(diào)制器，具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中，所述脈寬調(diào)制器的輸入端連接到所 述第二比例積分微分控制器的輸出端，所述脈寬調(diào)制器通過其輸出端把其所產(chǎn)生的脈寬調(diào) 制信號輸出給所述驅(qū)動單元。
13.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述模態(tài)選擇單元進(jìn)一步包括 電壓比較器，用于比較所述第一直流電源的的電壓檢測信號和所述第二直流電源的電壓檢測信號的大小關(guān)系，以及輸出比較結(jié)果；以及模態(tài)邏輯控制電路，用于根據(jù)所述方向控制信號和來自所述電壓比較器的比較結(jié)果， 選擇所述直流_直流變換器的工作模態(tài)，以及向所述驅(qū)動單元輸出表示所述選擇的工作模 態(tài)的工作模態(tài)信號。
14.如權(quán)利要求2或3所述的直流-直流變換器，其中，所述驅(qū)動單元實(shí)現(xiàn)為一個(gè)電路。
15.如權(quán)利要求1所述的直流-直流變換器，其中，所述主電路還包括第二電容和第三 電容，所述第二電容與第一直流電源并聯(lián)，所述第三電容與第二直流電源并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流-直流變換器，包括主電路和控制模塊，其中，主電路包括第一電容；第一至第四各自并聯(lián)有反向二極管的開關(guān)管，第一和第三開關(guān)管形成的串聯(lián)電路與第一電容并聯(lián)，第二和第四開關(guān)管形成的串聯(lián)電路與第一電容并聯(lián)；第一和第二電感，第一電感的一端連接到第一直流電源，另一端連接到位于第一和第三開關(guān)管的串聯(lián)電路上的在第一和第三開關(guān)管之間的點(diǎn)，第二電感的一端連接到第二直流電源，另一端連接到位于第二和第四開關(guān)管的串聯(lián)電路上的在第二和第四開關(guān)管之間的點(diǎn)，以及，控制模塊根據(jù)方向控制信號以及第一直流電源和第二直流電源的電壓檢測信號，控制第一至第四開關(guān)管的工作狀態(tài)。該直流一直流變換器可以降低輸入電流和輸出電流的脈動。
文檔編號H02M3/155GK101997409SQ20091016753
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者徐德鴻, 蘇娜, 陳敏 申請人:西門子公司